Stateflow 逻辑系统建模

【实例简介】
详细介绍了 MATLAB 产品体系中用于动态逻辑系统建模仿真的 Stateflow产品的应用方法
前 言 软件最早成为商品化软件是在年,那时由 公司推出了 的第一个版本。在编写本书的时候 的最新版本是 产品提供了丰寓的应用函数,并且具有易扩充的开放性结构。在 不新地吸收各行各业专家、学者、]程师的经验之后, 已成为了国际上优秀的工 程应用软件之一。目前,该软件涵盖了控制系统设计与仿真、数字信号处理没计与仿真、 数字图像处理、欯入式系统设计与实现、通信、神经网络、小波理论分析、凭化与统计 偏徼分方程、动态系统实时仿真等多学科专业领域,其应用行业包括航空航天、汽车、兵 器与匡防工业、通信、医药卫生、化工二业、生物遗传工程、大学教育、国家政府机关以 及金融财经等。在全球 的正式用户已经达到六一余万,遍布世界二多个国 家和地区。而自从世纪年代 进入中国起 软件在国内已经捱有 了众多用户。目前在国内很多高校已经在本科教学阶段将 作为一门必选修课程, 并把它作为应用数学、控制、信号欠理、通信等专业博士硏究生、硕士研究生、木科生必 须掌握的工具软件之一 基于模型的系统级设计是 公司近年来大力倡导的一神系统设计方法,它定 义了从系统没计、仿真到具体实现的一系列工具以及应用方法。丞于模型的系统级没计的 核心工具是 软件族当中以 为基础的樸块集合知相应的工具。而 是 产品休系中非常重要的一个分支,它是在基于框图的动态系统建模仿真环境 的基础上完成动杰逻缉系统建模与仿真的可视化开发平台 能够对 那些基于有限状态机理论的事件驱动系统进行建模和仿真,也能够针对复杂逻辑系统进行 建模和伤真。结合 的动态系统建模和仿真能力, 产品为广大用户提供了 多领域系统建模和仿真的统一开发环境。目前 产品主要祓用来完成下列系统中 动态逻辑部分的建模和仿真工作: 嵌入式系统应用: 航空电子设备; 车辆设备,例如中控门锁逻辑、电动车窗逻等 电信设备,例如路由算法 通信系统,例如计算机外设; 可编程逻辑控制器 工业机械设备。 人机交互界面 图形化用户界面的控制逻辑。 复东系统:例如航空空管通信系统,其中包含了、控制系统以及人机界面的开 发等 本书详细介绍了使用 进行动态逻辑系统建模和仿真的方法。本书的内容组织 第章对 产品体系以及 的应用进行简的回顾,是学习 动态逻辑系统建模和仿真的基础。 第章介绍 图形对象的创建方法,细介绍状态、状态转移、连接节点等常 用图形对象的使用方法 第章介绍 非图形对象——数据对象、事件等的使方法以及如何完成筒单 事件驱动系统的建模和仿真。 第章介绍 创建流程图的方法。 第章介绍 层次化有限状态系统的建模与仿真方法。 第章介绍 层次化框图的并行运行机制。 第章介绍 的各种代码生成目标及 产品的使用方法。 第章介绍 的真值表和 的应用方法。 第章介绍利用 在 命令行中实现 框图模型的创建 方法。 本书的附录中还详细总结了 的语法等内寒,供大家在使用相应工具时参考 本书的前六章内容是掌握 产品的必修内容,其中第~貢是第章的基 础,而掌握了第~章约内窣就基本掌握了各种动态逻辑系统的建模和仿真方法。从第 章开始的后三章内容涉及 的高级话题。建议初学者从第章开始循序渐进地学习 到第章,这烊就能够基木掌握 产品的应用方法。而后三章约为容可以快速地浏 览一下,等需要时手仔纽学习。另外,要掌握 并且能灵活坦应用,还等要用户对 产品的应用有足够的了解,因此,对于没有 应用基础的读者,作者建议 先学习学握 产品的应用方法。如果读者已经有 甚至 的应用基础, 则可以直接从本书的第章开始学习。 本书是在作者收集了国内外大量的最新权威资料,总结了自身丰宫的动态系统建模与 伤真的开发经验和 产品技术支持、培训教学以及应用经验的基础上编写而成的, 内容详实、全面、杈威,示例丰富,便于读者学习具体工具的使用方法。 本书既可作为需要完成动态逻辑系统建模和仿真的工程人员的参考书,也可作为左校 本科生、硕士研究生和博士研究生的教材,还可作为 相应产品培训课程的教材。 本书的编写前前后后历经了三年的时间,期间 软伫儿次尹级, 模块 的特性也多次发生变化,而作者夲人也经历了不少事情以及意外。在本书的编写过程中, 得到了西安电子科技大学出版社毛红兵编缉的大力支抟,在这里对她表示衷心的感谢。还 要感谢北京九州恒润技有限公司以及北京赛四达科技有限公司的全体员工,特别是这两 家公司的工程技术人员。和他们在一起共同学习、钻研 软件以及研究实时仿真、 系统仿真应用的日子让我终生难忘。更要感谢父母、兄长以及我的妻子余志鸿,我花费了 太多的时间在计算机前而没能很好地尽到自已应尽的义务和责任,如果没有父母、兄长多 年来对我的培养和教育,没有家人对我的关心、支持和鼓励,也就没有了今天这本书的 出版。 涉及的内容比较丰富,在这样一本多页的书籍中不可能将每个叔术细节 郗介绍到。不过,希望此书能够发挥引珞者的作凨,带領大家进入 逻辑系统建模 的大门。需要提醒读者的是,学习 的基础是 ,如果读者对 不甚 了解,可以阅读作者编写的《 动态系统建模与仿真基础》一书。 由于时间仓促,书中难免存在一些不妥之处,诚望广大读者谅解,并且提出宝贵的意 见和建议,以便我们在版时改进 本书没有为读者提供任何示例源文件,希望读者在使用本书学习 的过程中能 够边学习边动手,在实践的辶程中掌握 产品的应用方法。如果对本书的内容有任 何疑问或者想法,可以通过 与作者直接联系: 或者登录作者 的博客 作者 月 第章概述 第1章概述 产品是用来解决工程与科学实际问题的应用软件,该产品包含了 很多产品模块和工具箱。本书介绍的 是其产品体系中非常重要的产品 之一。不过,在正式介绍 产品之前,作为本书的基础,首先简要回顾 产品的概况以及 产品的使用方法。如果读者对 产品体系和 模块的使用方法比较熟悉,则可以快速浏览本章的内容 甚至可以珧过本章,学习后面的为容。 本章的主要内容包括: 产品简介。 回顾 概述。 安装配置 产品简介 的名称源自 ,它的首创者是在数值线性代数领域颇有影响 的 博士,他也是生产经宫 产品的美国 公司的创始人之。 是一种科学计算软件,专门以矩阵的形式处理数据。 将高性能的数值计 算和强大的数据可视化功能集成在一起,提供了大量的内置函数,因而被广泛地应用于科 学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和改计工作中;而且利用 的开放式结构,可以非常容易地对 的功能进行扩充,从而在不断深化对问题的认 识的同时,不断完善 产品以提高产品自身的竞争能力 日前 产品族可以完成以下功能 ■数值分析 ■数值和符号计算 工程与科学绘图 ■控制系统的设计与仿真。 数字图像处理。 ■数字信号处理。 ■通信系统设计与仿真。 ■财务与金融工程 编写本书时,作者使用的 版本为 公司将其称为 逻辑系统建模 提对 小 的版木,国内习惯以 产品体系中核心模块 模块的 版本号作为整个产品体系的版本号。例如有的读者可能使用的 核心模块版本是 而 公司对 产品使用的是以产品发布次数计数的版本号, 对每 的是 是 产品体系第次正式发布版。 核心模块都对应一个完整的版本号,这里将常见的 版本对照总结如下: 根据 公司年初发表的声明,从年廾始 每年将进行两次 产品发布,以发布的年份作为版本号,月份发布的版本为版本,月份发布的版本为 版本,因此年月份该公司发布了 而年月份该公司 发布了 请读者核对自己所使用的 产品版本,不同版本的 产品有诸多特性 上的差别。如果需要了解特性上的差别,请读者自行查看相应版本的 信息。 产品若干个模块组成,不同的模块可完成不同的功能。这些模块有 这些产品人体上可以分为以 为基础的产品和以 为基础的产品两人分 支,由这些模块构成的 六品体系如图所示 其中, 模块是 产品家族的基础,它提供了基本的数学算法,例如 矩阵运算、数值分析算法等。 集成了和图形功能,可以完成相应数值可视 化的工作,并且提供了一种交互式的高级编程语言 语言。用户利用语言可以通过 编写脚本或者函数文件来实现自己的算法。 第章概述 独立可执行 桌面应用 应用程序 程序开发工具 工具箱 数据源 数据获取工具 代码生成 学生版产品 第三方产品 图 产品仁系 的桌面应用程序开发工具是以 为核心的一组编译工具 能够将那些利用 提供的编程语言 语言编写的函数文件 编译生成函数库或者可执行文件。这样就可以扩展 功能,使 能够同其 他高缴编程语言例如语言进行混合应用,取长补短,以提高程序的运行效率,丰富 程序开发的于段。从 开始, 能够支持所有语 言特性,可以将大多数工具箱函数都编译生成为独立可执行应用程序,这极大地提髙了 的应用范围 另外, 除了能够和 语言集成开发以外,还提供了和语言接口的能 力,并且还支持标准,能够和任何支持标准的软件协同工作。特别是从 开始,包含了 的扩展产品一 能够将 的 函数文件打包成组件或者组件、插件,甚至可以打包成对象,这样 就能够将 应用程序算法集成到相应的开发工只或者应用软件中。 公司及其他厂商利用语言还开发了相应的 专业工具箱函数供 用户直接使用。这些工具箱应用的算法是开放的、可扩展的,用户不仪可以查看其中的算 厶 还可以针对一些算法进行修改,甚至开发自己的算法来扩充工具箱的功能。日前 品的工具箱有四十多种,分别涵盖了数据采集、科学计算、控制系统设计与分 析、薮字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域 的数据采集工具可以将各和数据源提供的信号直接读入 环境,无 论上程师使用的是插卡式的数据采集卡或图像采集卡,还是基于总线协议的高端仪器仪 表改备以及各种关系型数据库, 都提供了与其进行数据的交互工只、函数等 利用 开敚的集成环境还能够引入更加丰富的数据能力 的主要工具箱和产品模块包括 ■数学与数据分析 逻辑系统建模 数据采集与测量测试: 信号处理与图像处理 ■控制系统设计与分析: ■财经与金融: 应用程序集成与发布 第章概述 这些产品一般作为整个 产品的基础,它们的共同特点是可通过语言编程 或者命令行窗体指令完成具体的功能,即需要·定的代码L作才能够完成算法的开发与实 现。在所有 品基础之上就形成了 产品 产品的特点是使用拖 放方式开发,较少需要编写代码。 也是两个单词的缩写 和,它是一个框图化的建模环境,能 够针对各种复杂的动态系统建立相应的系统仿真模型。 利用其内建的数学求解器 能够针对仼何和使用数学手段建立的系统进行建模和仿貞。目前该产品被广泛应用于控 制系统建模与仿真、数字信号处理系统的建模与仿真笭领域 的特点 交互式建模。 木身提供了大量的功能块以方使用户快速建立动态系统的模 型。建模的过稈只需要利用鼠标拖放功能块并将其连接起来即可完成。 的基本模块 库如图所示。 Library: simulink Filc Edit wicw Format Hclp 图 t Continuo Discrete Discontinuities signal y=f(up y=tit? M ath Logic an d Bit Lo okup User-Defined odel Porsa ode价de pe'atlons凵 perations Functions verti cat on Backseats 5 used Blocks Addltional Matn simulink Block - ibrary 6 5 Demos rete Th 图 的基本模块库 ■交互式仿真。 的框图提供可交互的仿真环境,可以将仿真结果动态显小出 来,并且可在各种仿真过程中调节系统的参数。 任意扩充和定制功能。 的开放式结构允许用户扩充仿貞环境的功能,可以 将用户用 语言编写的算法集成到 框图中。 工具集成 的基础是 ,那么在 框图中就可 以直接利用 的数学、图形和编辑功能,完成诸如数据分析、过程自动化分析、优 化参数等工作。 为了丰富该产品在不同领域内的应用 公司还专门开发了不同的功能模块 如图所示,用于特殊领域的应用。这些模块包括: 【实例截图】
【核心代码】